CAN总线网络实时性分析研究

论文摘要

随着计算机技术、网络通信技术的飞速发展,现场总线技术已经越来越广泛地应用到工业控制领域。CAN现场总线以其先进的技术、很高的可靠性、良好的稳定性、完善的功能、合理的成本等优点,成为工业控制领域广泛应用的一种现场总线。在工业控制系统的实际应用中,报文传输的实时性是非常重要的。尤其在一些实时性要求较高的场合,报文的延时会导致系统控制错误而引起事故,因此,CAN总线网络的实时性就成了应用研究的热点。首先简单阐述了现场总线技术的类型及主要特点,重点介绍了CAN总线技术的协议规范及报文传送方式和编码方式。根据其协议规范深入研究了引起CAN总线延时的原因,针对各部分延时时间展开分析,给出了延时时间的数学模型,计算出不同的CAN总线网络中产生的不同延时。通过分析CAN总线实时性能的几种常用的解决方案,并根据优先级动态变化提高实时性的原理,设计了一种改进的动态分配优先级的方法,并用软件进行了实现。以我国自主研发的CAN总线应用层协议——iCAN协议为基础,详细论述了iCAN协议的各通信层结构,包括iCAN协议的报文格式及传输规范等。对广州致远电子开发的基于iCAN协议的开发平台进行深入研究,按照开发平台的特点,对平台上各模块的功能及相关测试软件进行了探讨和实践。论文主要是基于iCAN协议组建了三种不同的CAN控制网络,为工业自动控制领域提供了一种快速、可靠地构建CAN总线网络的方法,并实现了CAN网络性能分析。以设计的CAN控制网络作为测试平台,测试了在不同CAN网络中的不同延时,记录了大量的测试结果,将改进的动态分配优先级法用于实际的CAN网络中,并对该算法进行了测试,测试结果验证了算法的可行性,为改善CAN网络实时性提供了一种新的方法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 现场总线技术概述
• 1.1.1 现场总线技术特点
• 1.1.2 现场总线类型
• 1.1.3 常用现场总线的比较
• 1.1.4 CAN 现场总线在国内应用
• 1.2 研究背景
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 CAN 总线技术
• 2.1 CAN 总线概述及特点
• 2.2 CAN 总线协议规范简介
• 2.2.1 CAN 的报文传送
• 2.2.2 CAN 总线编码方式
• 2.3 CAN 总线应用层协议
• 2.4 iCAN 协议简介
• 2.4.1 iCAN 报文格式
• 2.4.2 iCAN 报文传输协议
• 2.4.3 网络管理
• 2.4.4 设备定义
• 2.5 本章小结
• 第三章 CAN 总线实时性分析
• 3.1 CAN 总线延时原因
• 3.2 CAN 总线报文延时分析
• 3.2.1 帧延时分析
• 3.2.2 媒体访问延时分析
• 3.2.3 扩展分析
• 3.3 CAN 总线实时性的改进
• 3.3.1 TTCAN
• 3.3.2 动态分配优先级法
• 3.3.3 改进的动态分配优先级法
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于iCAN 协议开发平台
• 4.1 基于iCAN 协议开发平台
• 4.1.1 iCAN 开发测试平台简介
• 4.1.2 iCAN 开发测试平台特点
• 4.2 iCAN 开发测试平台各部分介绍
• 4.2.1 CANalyst CAN 分析仪
• 4.2.2 CANET-E 适配器
• 4.2.3 iCAN 功能模块
• 4.3 本章小结
• 第五章 软件测试及算法实现
• 5.1 用于CAN 网络的相关测试软件
• 5.2 单节点收发测试
• 5.3 双节点收发测试
• 5.4 多节点收发测试
• 5.5 算法实现
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文